Бензиновый автомобильный двигатель: типы и принцип работы

Бензиновый двигатель представляет собой силовой агрегат со встроенной камерой сгорания, в которой энергия сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Такие моторы относятся к классу двигателей внутреннего сгорания.

Историческая справка

Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) построил в 1807 году изобретатель из Швейцарии François Isaac de Rivaz. Правда, работал этот двигатель не на бензине, а на газообразном водороде, однако был оснащен шатунно-поршневой группой и устройством искрового зажигания.

В дальнейшем этот ДВС усовершенствовали француз Jean Joseph Etienne Lenoir (1860) и немецкий инженер Nicolaus August Otto, который в 1863 году создал атмосферный двухтактный, а в 1876 году и четырехтактный ДВС.

Первый бензиновый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания разработали немецкие инженеры Gottlieb Wilhelm Daimler и August Wilhelm Maybach, которые использовали его при создании первых мотоциклов (1885) и автомобилей (1886). Примерно в эти же годы первый карбюраторный ДВС был создан и в России. Построил его Огнеслав Костович (1851-1916).

В дальнейшем никаких принципиальных отличий в схему построения ДВС внесено не было, а усилия большого количества инженеров со всего мира были направлены на создание высокотехнологичных бензиновых двигателей достаточно большой мощности с малым потребления топлива.

Виды бензиновых ДВС

В настоящее время на автомобилях можно встретить бензиновые двигатели, оснащенные:

1. карбюратором, где происходит смешивание топлива с воздухом. Затем подготовленная смесь подается в цилиндры, где поджигается искрой, которая проскакивает между электродами свечей зажигания.
2. инжекторной системой смесеобразования, которая осуществляется путем впрыска топливно-воздушной смеси во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры двигателя. Для этого используются специальные форсунки. При этом существуют системы:

• моновпрыска топлива (одноточечные).
• распределенного впрыска топлива (многоточечные).

Управление форсунками и дозирование топлива может осуществляться при помощи:

1. Рычажно-плунжерного механизма – в механических системах впрыска.
2. Специального блока управления ЭБУ – в электронных системах впрыска.
3. Системой наддува, когда впуск горючей смеси или воздуха происходит под давлением, нагнетаемым турбокомпрессором. При этом значительно увеличивается мощность и коэффициент полезного действия силового агрегата.

Особое место среди бензиновых двигателей занимает роторно-поршневой двигатель (двигатель Ванкеля). Он отличается от остальных ДВС отсутствием отдельного механизма газораспределения, что значительно упрощает конструкцию мотора.

Принцип действия роторно-поршневого силового агрегата заключается в том, что за один оборот он выполняет три полных рабочих цикла. Происходит это за счет того, что в основе двигателя лежит оригинальный треугольный ротор, который, вращаясь в камере особой формы, выполняет функции поршня, коленчатого вала и механизма газораспределения. По ряду причин конструктивного и технологического характера этот бензиновый мотор широкого распространения не получил.

В автомобилестроении чаще всего используются рядные четырехцилиндровые четырехтактные бензиновые силовые агрегаты, отличающиеся от остальных:

• большим ресурсом;
• экологичным выхлопом;
• экономичностью;
• низким уровнем шума.

Принцип действия и устройство

Принцип действия любого бензинового двигателя заключается в том, что при воспламенении небольшого количества предварительно сжатой смеси высокоэнергетического топлива и воздуха в замкнутом пространстве камеры сгорания происходит выделение большого количества энергии, которого достаточно для перемещения поршня.

При этом прямолинейное, поступательно-возвратное движение поршня при помощи кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, который и приводит в движение транспортное средство.

К основным элементам бензиновых ДВС, которые принимают непосредственное участие в процессе преобразования тепловой энергии в механическую, относятся:

• впускные и выпускные клапаны газораспределительного механизма;
• поршни;
• шатуны;
• коленчатый вал;
• свечи зажигания.

Кроме того, любой бензиновый двигатель оснащается вспомогательными системами, которые обеспечивают его эффективную работу. К ним относятся:

1. Система зажигания – обеспечивает поджигание топливно-воздушной смеси. Бывает контактной, бесконтактной, микропроцессорной.
2. Система запуска ДВС – включает в себя стартер и аккумулятор. Используется для того, чтобы принудительно провернуть коленчатый вал при запуске первого рабочего цикла двигателя. Для запуска бензиновых двигателей малой мощности часто используют мускульную силу человека (кик-стартер).
3. Система приготовления горючей смеси – обеспечивает приготовление и подачу топливно-воздушной смеси в камеры сгорания цилиндров мотора.
4. Система выпуска выхлопных газов – отвечает за своевременное удаление продуктов сгорания горючей смеси из цилиндров двигателя.
5. Система охлаждения – служит для отвода тепла от нагревающихся элементов мотора и обеспечивает заданный температурный режим его работы. Охлаждение может осуществляться при помощи воздуха, специальной охлаждающей жидкости, комбинированного способа.
6. Система смазки – предназначена для подачи моторного масла к трущимся поверхностям ДВС. Также используется для удаления нагара и продуктов износа трущихся поверхностей. Моторное масло может подаваться к местам смазки как методом разбрызгивания, так и под давлением.

Существуют также комбинированные системы смазки, в которых моторное масло смешивается в определенных пропорциях с горючей смесью. Оснащаются ими двигатели бензиновые малой мощности для моторных лодок, средств малой механизации и пр.

Бензиновый двигатель: устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Бензиновый двигатель – особый вид поршневого ДВС (двигателя внутреннего сгорания), в котором воспламенение ТС (смеси топлива и воздуха) в цилиндрах осуществляется принудительно при помощи электрической искры, а в качестве топлива используется бензин.

Виды бензиновых двигателей

Современные бензиновые двигатели можно классифицировать по нескольким категориям.

1. По количеству цилиндров – с одним цилиндром, двумя цилиндрами и несколькими цилиндрами.
2. По расположению цилиндров:
   • рядные двигатели (цилиндры расположены строго в ряд наклонным или вертикальным способом);
   • V-образные двигатели (цилиндры расположены под углом);
   • W-образные двигатели (цилиндры располагаются в четыре ряда под углом с коленвалом)
   • оппозитные двигатели (цилиндры расположены под углом 180 градусов)
3. По способу получения топливной смеси – инжекторные, карбюраторные.
4. По типу смазки — раздельные (масло находится только в картере), смешанные (масло смешивается с топливом).
5. По методу охлаждения — охлаждение жидкостью, охлаждение воздухом.
6. По типу циклов – двухтактные, четырехтактные.
7. По типу подачи воздушной смеси в цилиндры — с наддувом, без наддува.

Принцип работы бензинового двигателя

Работа бензинового двигателя, как и любого другого двигателя внутреннего сгорания заключается в сгорании топливной смеси в закрытом пространстве, в данном случае, в камере сгорания. При сгорании ТС выделяется большое количество тепловой энергии, которая запускает механическую работу основного механизма двигателя.

Для обеспечения постоянной механической работы ДВС, в камеру сгорания должна осуществляться бесперебойная (цикличная) подача ТС.

В большинстве случаев бензиновые двигатели являются четырехтактными, рабочий цикл которых состоит из четырех тактов:

• впуска;
• сжатия;
• рабочего хода;
• выпуска

Более подробно о каждом из 4-х тактов.

Поршневое движение начинается с одной точки (нижней или верхней), при этом открывается клапан впуска и происходит подача топлива в камеру сгорания. После того как поршень останавливается в противоположной крайней точке, все впускные клапаны закрываются.

На данном такте поршень возвращается на исходную точку, сжимая поступившую топливную смесь, увеличивая ее температуру нагрева. После того как поршень достигает крайней точки, происходит воспламенение сжатой топливной смеси свечой зажигания.

При сгорании топливная смесь образует газы, при расширении которых происходит выталкивание поршня. Все клапаны во время рабочего хода остаются полностью закрытыми.

В то время как коленвал продолжает осуществлять вращательные движения, поршень движется в верхнюю крайнюю точку. Вместе с ним открывается клапан выпуска, при котором поршень выталкивает газы в газораспределительную систему. После завершения такта все выпускные клапаны закрываются.

Весь рабочий процесс носит цикличный характер, поэтому после завершения одного такта, начинается следующий такт.

Основные элементы бензинового двигателя

Основным рабочим элементом ДВС является поршень, соединенный с коленчатым валом специальным шатуном. Это образует кривошипно-шатунный механизм, который преобразует возвратно-поступательные перемещения поршней в рабочий ход (вращение) коленвала.

Для обеспечения нужной компрессии в цилиндрах двигателя, поршень оснащается уплотняющими чугунными кольцами. На современных бензиновых двигателях могут устанавливаться узкие кольца (высотой не более 2 мм) и широкие поршневые кольца (высотой до 3 мм).

Элемент, соединяющий поршень и коленвал. Шатуны изготавливаются из высокопрочной стали, реже – из алюминия. Рабочее шатунное вращение всегда является двухсторонним.

Поступательные поршневые движения преобразуются во вращательные движения вала, который отвечает за вращение автомобильных колес.

ДВС оснащен специальными клапанами – впускными и выпускными. Они предназначены для впуска воздушной массы и вывода выхлопных газов, полученных в процессе сгорания топлива.

Для обеспечения процесса воспламенения ТС в камере, бензиновые двигатели оснащаются свечами зажигания. Электрическая свеча зажигает ТС в определенный момент его подачи и прохождения поршня.

Вспомогательные рабочие системы бензинового двигателя

Бесперебойная и эффективная работа бензинового двигателя обеспечивается вспомогательными рабочими системами — запуска ДВС, розжига, подачи смеси топлива и воздуха, охлаждения, вывода выхлопных газов, смазки.

Назначение двигателя автомобиля

Двигатель является главной системой в любом транспортном средстве. Этот компонент автомобиля можно сравнивать с сердцем человека, то есть, человек умрет без сердца – так же и автомобиль без двигателя. Двигательная система отвечает за преобразование топливной энергии в механическую энергию, которая впоследствии выполняет полезную работу.

Сегодня в качестве энергии может выступать энергия сгорания топлива, электрическая энергия и т.д. Источник энергии всегда находится в автомобили. Он должен пополняться через определенный промежуток времени, чтобы автомобиль мог в итоге передвигаться. Так, механическая энергия передается на ведущие колеса от двигателя. Эта передача обычно осуществляется при помощи трансмиссии.

Сегодня можно встретить следующие виды двигателей:

• двигатель внутреннего сгорания – самый распространенный вид на сегодняшний день,
• электродвигатель – относительно молодая модель,
• гибридная силовая установка, или комбинированный двигатель – так же относительно новая модель.

Двигатель внутреннего сгорания в свою очередь подразделяется на поршневую, роторно-поршневую и газотурбинную модель. Сегодня инженеры при разработке автомобилей используют поршневые установки. Все остальные виды двигателей можно встретить крайне редко, в основном машины с такими двигателями можно встретить только в музеях. Поршневые двигатели работают на основе жидкого топлива, в качестве которого используется бензин или же дизельное топливо или на основе природного газа. Самым распространенным видом является поршневой двигатель, работающий на основе бензина.

Относительно недавно появились электромобили, которые оснащены электродвигателями. Этот вид двигателя работает на основе электрической энергии, в качестве источника которой берутся топливные элементы или аккумуляторные батарейки. Сегодня такие автомобили, пока, не пользуются большим спросом, так как они нуждаются в частой подзарядке. Зато такой вид транспорта не выбрасывает в атмосферу вредных смесей.

Современные производители активно выпускают автомобили, оснащенные гибридной или комбинированной силовой установкой. В этом случае двигательная система имеет ДВС и электромотор.

На сегодняшний день распространены бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания. Они имеют следующие рабочие циклы:

Бензиновый двигатель

1. Топливо и воздух сначала попадают в карбюратор или инжектор, смешиваются в нем, после чего образуется топливовоздушная смесь;
2. Происходит такт впуска;
3. Происходит такт сжатия;
4. Поджигание рабочей смеси свечей зажигания;
5. Такт расширения;
6. Происходит такт выпуска;

Начиная с такта впуска и заканчивая тактом выпуска, весь рабочий цикл в этом случае происходит в цилиндре двигателя.

Дизельный двигатель

1. Топливо или солярка вместе с воздухом сразу попадает во впусковую трубу, происходит такт впуска,
2. Происходит такт смесеобразования, солярка смешивается с воздухом,
3. Происходит воспламенение,
4. Такт расширения, то есть, рабочий ход,
5. Происходит такт выпуска.

В этом случае топливо и воздух не попадают вместе в карбюратор или инжектор. В дизельном варианте сначала воздух проходит такт впуска, а топливо или солярка начинает смешиваться с воздухом, тем самым образовывая смесь, только на такте сжатия.

Источник Источник http://dvigatels.ru/uhod/benzinovyj-dvigatel.html
Источник Источник http://www.auto-infosite.ru/articles_benzinovyj_dvigatel.html
Источник Источник http://v-mireauto.ru/naznachenie-dvigatelya-avtomobilya/